Dessa små sensorer kan upptäcka cancer tidigt
Ny forskning använder nanosensorer för att upptäcka protein-till-protein-interaktioner som kan signalera cancer. Resultaten kan visa sig vara särskilt användbara för att identifiera lymfocytisk leukemi mycket tidigare.
Cancer är en av de främsta dödsorsakerna både i USA och världen över. Enligt National Cancer Institute fanns det mer än 8 miljoner cancerrelaterade dödsfall över hela världen 2012, och över 600.000 människor i USA kan dö av sjukdomen 2018.
Tidig upptäckt av denna livshotande sjukdom är avgörande, och medicinska forskare arbetar hårt med att utveckla nyare och effektivare sätt att diagnostisera cancer så snart som möjligt.
Nu använder ny forskning små sensorer för att upptäcka små molekylära förändringar som kan vara en indikation på cancer.
Liviu Movileanu, professor i fysik vid College of Arts and Sciences vid Syracuse University i New York, tillsammans med Avinash Kumar Thakur, en doktorsexamen i fysik vid Syracuse, beskriver rollen för dessa nanosensorer i ett papper som visas i tidskriften Naturbioteknik.
Som professor Movileanu förklarar kan nanosensorerna vara särskilt användbara för att upptäcka lymfocytisk leukemi, en form av cancer som börjar i benmärgen och sprider sig i blodet.
I USA kommer nästan 21 000 nya fall av lymfocytisk leukemi sannolikt att inträffa under 2018, och mer än 4500 människor kan dö som ett resultat.
Hur nanosensorerna fungerar
Nanosensorerna med ursprung i professor Movileanus laboratorium kan upptäcka så kallade protein-till-protein-interaktioner (PPI), det vill säga processer som är väsentliga för utveckling av celler.
Den så kallade interaktomen hänvisar till ”den fullständiga kartan över proteininteraktioner som kan uppstå i en levande organism. Interactomics - eller kartläggning av interaktom, med hjälp av avancerad teknik och beräkningsteknik - är ett blomstrande underfält av biofysik som studerar konsekvenserna av dessa interaktioner.
PPI beror på en mängd olika faktorer, såsom celltyp, dess utvecklingsstadium och miljöförhållanden. Vissa PPI är stabila, men andra är övergående.
Till exempel är interaktionerna som behövs för att aktivera genuttryck eller de som påverkar cellsignalering och utvecklingen av cancerceller övergående, vilket innebär att de bara varar ungefär en millisekund.
Den flyktiga karaktären hos dessa PPI gör dem svåra att upptäcka med de metoder som för närvarande är tillgängliga.
Nanosensorerna som kommer från prof. Movileanus laboratorium kringgår dock detta hinder genom att skapa en liten öppning i cellmembranet genom vilket elektrisk ström passerar.
När proteiner passerar genom dessa små öppningar eller nanoporer ändrar de intensiteten hos den elektriska strömmen. Dessa förändringar avslöjar identiteten och egenskaperna för varje protein.
"Uppgifterna från ett enda proteinprov är enorma", säger professor Movileanu, som fick sin doktorsexamen. i experimentell fysik från universitetet i Bukarest i Rumänien och är för närvarande medlem i forskargruppen biofysik och biomaterial vid Institutionen för fysik i Syracuse.
"Våra nanostrukturer tillåter oss att observera biokemiska händelser på ett känsligt, specifikt och kvantitativt sätt", fortsätter forskaren. "Därefter kan vi göra en grundlig bedömning om ett enda proteinprov."
"Detaljerad kunskap om det mänskliga genomet har öppnat en ny gräns för identifiering av många funktionella proteiner som är involverade i korta fysiska föreningar med andra proteiner", fortsätter forskaren.
”Stora störningar i styrkan hos dessa PPI leder till sjukdomstillstånd. På grund av interaktionernas övergående natur behövs nya metoder för att bedöma dem. ”
Fysikern förklarar också hur de finjusterade detektionsmekanismerna hos hans nanosensorer kan hjälpa till att bekämpa cancer.
”Om vi vet hur enskilda delar av en cell fungerar, kan vi ta reda på varför en cell avviker från normal funktion mot ett tumörliknande tillstånd [...] Våra små sensorer kan göra stora saker för biomarkörsscreening, proteinprofilering och den stora skalstudie av proteiner [känd som proteomik]. ”
Prof. Liviu Movileanu
Prof. Movileanu hoppas att hans nanosensorer kommer att vara särskilt användbara för att upptäcka lymfocytisk leukemi, ett tillstånd där blodkropparna inte mognar och dör som vanligt, utan "byggs upp i benmärgen och tränger ut normala, friska celler."
